一种Mini-MicroLED的半导体发光元件的制作方法

本发明涉及半导体光电器件，具体说是一种mini-micro led的半导体发光元件。

背景技术：

1、半导体元件特别是一种mini-micro led的半导体发光元件具有可调范围广泛的波长范围，发光效率高，节能环保，可使用超过10万小时的长寿命、尺寸小、应用场景多、可设计性强等因素，已逐渐取代白炽灯和荧光灯，成长普通家庭照明的光源，并广泛应用新的场景，如户内高分辨率显示屏、户外显屏、mini-led、micro-led、手机电视背光、背光照明、路灯、汽车大灯、车日行灯、车内氛围灯、手电筒等应用领域。

2、传统氮化物半导体使用蓝宝石衬底生长，晶格失配和热失配大，导致较高的缺陷密度和极化效应，产生非辐射复合中心，降低一种mini-micro led的半导体发光元件的发光效率；同时，传统氮化物半导体的空穴离化效率远低于电子离化效率，导致空穴浓度低于电子浓度2个数量级以上，过量的电子会从多量子阱溢出至第二导电型半导体产生非辐射复合，空穴离化效率低会导致第二导电型半导体的空穴难以有效注入多量子阱中，空穴注入多量子阱的效率低，导致多量子阱的发光效率低；氮化物半导体结构具有非中心对称性，沿c轴方向会产生较强的自发极化，叠加晶格失配的压电极化效应，形成本征极化场；该本征极化场沿(001)方向，使多量子阱层产生较强的量子限制stark效应，引起能带倾斜和电子空穴波函数空间分离，降低电子空穴的辐射复合效率，进而影响一种mini-micro led的半导体发光元件的发光效率。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，本发明提出了一种mini-micro led的半导体发光元件，

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、本发明所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱、p型半导体层，所述量子阱包括第一量子阱、第二量子阱和第三量子阱；所述量子阱由ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln的任意两种以上组成，量子阱为阱层和垒层组成的周期结构，具有in元素分布、al元素分布、si掺杂浓度分布、mg掺杂浓度分布、c元素分布、h元素分布和o元素分布。

4、优选的，所述第一量子阱、第二量子阱和第三量子阱的in元素分布呈正弦函数或余弦函数曲线分布，以下以正弦函数说明，第一量子阱：y＝asin(bx+c)+d，第二量子阱：y＝esin(fx+g)+h，第三量子阱：y＝isin(jx+k)+l，其中：a≤e≤i，d≤h≤l。

5、优选的，所述第一量子阱的周期数为k：1≤k≤6，第一量子阱的al元素分布呈函数y＝sin(x)+sin(2x)+…+sin(k*x)曲线分布；所述第二量子阱的周期数为l：3≤l≤10，第二量子阱的al元素分布呈一次函数分布；所述第三量子阱的周期数为l：3≤l≤10，第三量子阱的al元素呈函数y＝sin(x)+sin(2x)+…+sin(l*x)曲线分布。

6、优选的，所述第一量子阱的si掺杂浓度分布呈函数y＝sinx/x曲线分布；所述第二量子阱的si掺杂浓度分布呈函数y＝x*ex曲线分布；所述第三量子阱的si掺杂浓度分布呈函数y＝x/ex曲线分布。

7、优选的，所述第一量子阱的h元素分布呈常数函数曲线分布，第二量子阱的h元素分布呈常数函数曲线分布，第三量子阱的h元素分布呈y＝(ex+e-x)/(ex-e-x)的第一象限曲线分布。

8、优选的，所述第一量子阱的o元素分布呈常数函数曲线分布，第二量子阱的o元素分布呈常数函数曲线分布，第三量子阱的o元素分布呈指数函数y＝ax(0<a<1)曲线分布。

9、优选的，所述第一量子阱的c元素分布呈y＝x*ex曲线分布，第二量子阱的c元素分布呈指数函数y＝bx(b>1)函数曲线分布，第三量子阱的c元素分布呈指数函数y＝cx(0<c<1)曲线分布。

10、优选的，所述第一量子阱、第二量子阱、第三量子阱的mg掺杂浓度分布呈三次函数y＝dx3+fx2+gx+h曲线分布，三次函数的判别式△＝4(f2-3d*g)小于0且d<0。

11、优选的，所述第一量子阱的阱层为ingan和gan中的任意一种或多种组合，阱层厚度为10～100埃米；所述第一量子阱的垒层为ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的任意一种或多种组合，垒层厚度60～500埃米；所述第二量子阱的阱层为ingan和gan中的任意一种或多种组合，阱层厚度为10～100埃米；所述第二量子阱的垒层为ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的任意一种或多种组合，垒层厚度60～200埃米；所述第三量子阱的阱层为ingan和gan中的任意一种或两种组合，阱层厚度为20～60埃米；所述第三量子阱的垒层为ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的任意一种或多种组合，垒层厚度60～200埃米。

12、优选的，所述n型半导体层和p型半导体层为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn中的任意一种或多种组合，所述n型半导体的厚度为50nm～50000nm，所述p型半导体的厚度为10nm～500nm。

13、优选的，所述衬底包括蓝宝石、硅、ge、sic、aln、gan、gaas、inp、蓝宝石/sio2复合衬底、蓝宝石/aln复合衬底、蓝宝石/sinx、镁铝尖晶石mgal2o4、mgo、zno、zrb2、lialo2和ligao2复合衬底的任意一种。

14、本发明的有益效果如下：本发明采用的第一量子阱、第二量子阱、第三量子阱，调控量子阱的电子和空穴波函数分布，提升电子空穴波函数的交叠几率，从而提升量子阱的wpe光电转换效率，wpe光电转换效率从60～70％提升至70％～90％。

技术特征：

1.一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：包括从下至上依次设置的衬底(100)、n型半导体层(101)、量子阱(102)、p型半导体层(103)，所述量子阱(102)包括第一量子阱(102a)、第二量子阱(102b)和第三量子阱(102c)；所述量子阱(102)由ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln的任意两种以上组成，量子阱(102)为阱层和垒层组成的周期结构，具有特定设计的in元素分布、al元素分布、si掺杂浓度分布、mg掺杂浓度分布、c元素分布、h元素分布和o元素分布。

2.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)、第二量子阱(102b)和第三量子阱(102c)的in元素分布呈正弦函数曲线分布，第一量子阱(102a)的in元素分布近似函数y＝asin(bx+c)+d的曲线分布，第二量子阱(102b)的in元素分布近似函数y＝esin(fx+g)+h的曲线分布，第三量子阱(102c)的in元素分布近似函数y＝isin(jx+k)+l的曲线分布，其中：a≤e≤i，d≤h≤l。

3.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)的周期数为k：1≤k≤6，第一量子阱(102a)的al元素分布呈函数y＝sin(x)+sin(2x)+…+sin(k*x)曲线分布；所述第二量子阱(102b)的周期数为l：3≤l≤10，第二量子阱(102b)的al元素分布呈一次函数分布；所述第三量子阱(102c)的周期数为l：3≤l≤10，第三量子阱(102c)的al元素呈函数y＝sin(x)+sin(2x)+…+sin(l*x)曲线分布。

4.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)的si掺杂浓度分布呈函数y＝sinx/x曲线分布；所述第二量子阱(102b)的si掺杂浓度分布呈函数y＝x*ex曲线分布；所述第三量子阱(102c)的si掺杂浓度分布呈函数y＝x/ex曲线分布。

5.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)的h元素分布呈常数函数曲线分布，第二量子阱(102b)的h元素分布呈常数函数曲线分布，第三量子阱(102c)的h元素分布呈y＝(ex+e-x)/(ex-e-x)的第一象限曲线分布。

6.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)的o元素分布呈常数函数曲线分布，第二量子阱(102b)的o元素分布呈常数函数曲线分布，第三量子阱(102c)的o元素分布呈指数函数y＝ax(0<a<1)曲线分布。

7.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)的c元素分布呈y＝x*ex曲线分布，第二量子阱(102b)的c元素分布呈指数函数y＝bx(b>1)函数曲线分布，第三量子阱(102c)的c元素分布呈指数函数y＝cx(0<c<1)曲线分布。

8.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)、第二量子阱(102b)、第三量子阱(102c)的mg掺杂浓度分布呈三次函数y＝dx3+fx2+gx+h曲线分布，三次函数的判别式△＝4(f2-3d*g)小于0且d<0。

9.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述第一量子阱(102a)的阱层为ingan和gan中的任意一种或多种组合，阱层厚度为10～100埃米；所述第一量子阱(102a)的垒层为ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的任意一种或多种组合，垒层厚度60～500埃米；所述第二量子阱(102b)的阱层为ingan和gan中的任意一种或多种组合，阱层厚度为10～100埃米；所述第二量子阱(102b)的垒层为ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的任意一种或多种组合，垒层厚度60～200埃米；所述第三量子阱(102c)的阱层为ingan和gan中的任意一种或两种组合，阱层厚度为20～60埃米；所述第三量子阱(102c)的垒层为ingan、gan、algan、alingan、alinn、aln中的任意一种或多种组合，垒层厚度60～200埃米。

10.根据权利要求1所述的一种mini-micro led的半导体发光元件，其特征在于：所述n型半导体层(101)和p型半导体层(103)为gan、algan、ingan、alingan、aln、inn、alinn中的任意一种或多种组合，所述n型半导体(101)的厚度为50nm～50000nm，所述p型半导体(103)的厚度为10nm～500nm。

技术总结
本发明涉及半导体光电器件技术领域，具体说是一种Mini‑Micro LED的半导体发光元件，包括从下至上依次设置的衬底、n型半导体层、量子阱、p型半导体层，所述量子阱包括第一量子阱、第二量子阱和第三量子阱；所述量子阱由InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN、AlN的任意两种以上组成，量子阱为阱层和垒层组成的周期结构，具有In元素分布、Al元素分布、Si掺杂浓度分布、Mg掺杂浓度分布、C元素分布、H元素分布和O元素分布。本发明采用调控量子阱的电子和空穴波函数分布，提升电子空穴波函数的交叠几率，从而提升量子阱的WPE光电转换效率，WPE光电转换效率从60～70％提升至70％～90％。

技术研发人员：李水清,王星河,张江勇,蔡鑫,陈婉君,胡志勇,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：安徽格恩半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4